二阶Terminal滑模控制规律及其Windup效应的研究

文中提出的二阶Terminal滑模变结构控制方法有效消除传统滑模变结构产生的抖振,该方法既具有传统滑模变结构的特点,又能有效地消除传统滑模变结构所产生的抖振。同时,考虑了带有积分项的二阶Terminal滑模控制在控制受限的情况下的Windup效应。将一种Anti-Windup补偿器应用于该控制系统。将此方法用在非线性的多输入多输出微喷十字梁试验系统,仿真结果表明,该方法确实有效地消除了抖振,而且鲁棒性也很强。

基于扰动观测器和改进自适应二阶快速终端滑模的PMLSM伺服系统控制

针对永磁直线同步电动机(PMLSM)在运行时易受到摩擦力、负载扰动及环境变化等不确定影响,设计一种基于扰动观测器和自适应二阶快速终端滑模控制方法。首先,该方法在高阶滑模的基础上结合了快速终端滑模控制,有效加快了系统响应速度。其次,在二阶滑模面的基础上引入条件积分项,该项仅作用于边界层内部,能够有效避免滑模到达阶段由于积分饱和现象导致的超调量过大及响应时间过慢的问题。此外,设计自适应切换控制律,使切换增益在合理的区间内,并根据系统状态进行实时更新,从而削弱抖振现象。最后,为进一步提升系统的鲁棒性,采用扰动观测器对PMLSM系统的集总不确定性进行补偿。经实验验证,该控制方法具有良好的位置跟踪精度和强鲁棒性,且对系统抖振现象有明显削弱作用。

基于二阶滑模扰动观测的PMSM电流预测控制研究

针对无差拍电流预测控制(DPCC)对电机参数的依赖性,系统性能尤其易受电感参数影响的问题,研究基于二阶滑模扰动观测的永磁同步电机(PMSM)电流预测控制方法。首先,根据滑模控制原理分析电感参数失配对系统参数鲁棒性的影响,及传统滑模控制的不连续函数导致的系统“抖振”;然后,在DPCC中引入一种基于二阶趋近律的滑模扰动观测器(SMDO),实时补偿电感参数失配造成的扰动,同时通过二阶趋近律加速扰动误差的收敛;最后,将该方法与DPCC、SMDO+DPCC进行对比仿真实验。实验结果表明,在电感参数失配的情况下,该方法降低了电流稳态误差,提高了系统参数的鲁棒性,减少了传统滑模控制带来的系统“抖振”现象。

基于增强型扩张状态观测器的永磁同步电机低抖振高抗扰二阶终端滑模电流控制

永磁同步电机电流滑模控制具有较好的参数鲁棒性,但控制精度受到滑模抖振的影响,且抖振抑制与抗扰性之间存在矛盾。为此,该文提出一种基于增强型扩张状态观测器的二阶终端滑模电流控制方案,可以有效提升电流控制性能。通过二阶终端滑模控制器的设计,将一阶积分快速终端滑模嵌套在二阶非奇异终端滑模面中,使得滑模抖振得到较好的抑制,同时实现电流无稳态误差的快速收敛。通过引入扩张状态观测器对扰动信号的集总估计与补偿,缓解了抖振与抗扰性之间的矛盾,进一步提升了电流精度。针对数字控制的延迟影响,设计了Smith预估器,提升了扰动补偿精度。最后,通过实验对该文所设计的电流控制方案进行验证,并通过对比展示了该方案的有效性。

基于自适应超扭曲算法的燃料电池供气系统二阶滑模控制研究

针对某小型无人机基于聚合物交换膜氢燃料电池和锂离子电池的电推进混合动力系统的实用化需求,提出了一种基于非线性自适应超扭曲算法的二阶滑模氢燃料电池供气系统控制的设计方法。通过研究燃料电池供气系统空压机空气流量与过氧比之间的关系,建立了期望空气流量与最佳期望过氧比关系的参考模型。在参考模型的基础上,引入自适应超扭曲二阶滑模控制器来优化燃料电池供气系统的性能。仿真结果表明,该控制器具有较强的鲁棒性,在负载变化和参数不确定情况下具有良好的暂态性能,同时保证了受控系统的稳定性,优化的压缩机功率配置比恒定的压缩机功率配置节能2.7%,验证了自适应超扭曲二阶滑模控制器的有效性能。

基于二阶动态Terminal滑模的近空间飞行器控制

针对近空间飞行器飞行速度极高,气动参数变化剧烈,外界扰动大,控制精度要求高等特点,设计了基于二阶动态Terminal滑模的控制方案。Terminal滑模能在有限时间内收敛的特性加快了系统跟踪速度;二阶动态滑模的引入,使得滑模面及其部分阶导数为零,并且得到在时间本质上连续的控制器,有效克服了传统滑模的抖振问题。最后,仿真结果表明了二阶动态滑模去除抖振的优越性和整体控制方案的有效性。

基于非线性干扰观测器的二阶动态Terminal滑模在近空间飞行器控制中的应用

针对近空间飞行器飞行包络大、飞行速度快、气动参数变化剧烈、系统建模存在不确定性、受外界扰动大和控制精度要求高等特点,首先设计了基于二阶动态Terminal滑模的控制方案.Terminal滑模能在有限时间收敛的特性加快了系统跟踪速度;二阶动态滑模的引入,使得滑模面及其部分阶导数为零,并且得到在时间本质上连续的控制器,有效克服了传统滑模的抖振问题.然后采用非线性干扰观测器逼近复合干扰.根据复合干扰逼近值设计控制器补偿项,进一步提高控制精度和削弱抖振.基于李雅普诺夫理论,严格证明了系统稳定性.最后将所设计控制方案用于近空间飞行器姿态角跟踪仿真实验,仿真结果表明了该控制方案跟踪精度高、速度快、鲁棒性强,且有效去除了滑模的抖振.

基于干扰观测器的一类不确定非线性系统自适应二阶动态terminal滑模控制

针对一类不确定非线性系统的跟踪控制问题,在考虑建模误差、参数不确定和外部干扰情况下,以其拥有良好的跟踪性能以及强鲁棒性为目标,提出基于回归扰动模糊神经网络干扰观测器(recurrent perturbation fuzzy neural networks disturbance observer,RPFNNDO)的鲁棒自适应二阶动态terminal滑模控制策略.将回归网络、模糊神经网络和sine-cosine扰动函数各自优势相结合,给出一种回归扰动模糊神经网络结构,提出RPFNNDO设计方法,保证干扰估计准确性;构造基于带有指数函数滑模面的二阶快速terminal滑模面,给出其控制器设计过程,避免了滑模到达阶段、传统滑模的抖振问题,采用具有指数收敛的鲁棒项抑制干扰估计误差对系统跟踪性能的影响,利用Lyapunov理论证明闭环系统的稳定性;将该方法应用于混沌陀螺系统同步控制仿真实验,结果表明所提方法的有效性.

基于二阶滑模算法的步进电机自动升降转速控制方法

受各部分联动关系的影响,步进电机转速的升降调节控制效果难以满足实际需求。为此,提出基于二阶滑模算法的步进电机自动升降转速控制方法。在综合步进电机转子的运动方程、步进电机的电磁力矩方程、电机转动方程及阻尼系数方程的基础上,构建步进电机数学模型,并明确通过调节输入电流,控制步进电机的转速,使得电机达到期望转速的控制目标。在具体的控制阶段,引入二阶滑模控制器,根据增益系数对滑模面函数和滑模控制律进行循环迭代,直至满足控制要求。测试结果表明,设计控制方法不仅能够实现在短时间内迅速调整测试步进电机转速,并且转速表现出较高的稳定性,满足实际应用需求。

基于二阶滑模的四旋翼无人机姿态控制算法研究

在电力系统中,中低压架空线路的装拆接地线是一个关键但具有挑战性的任务,传统人工操作存在较高的安全风险和效率低下的问题。无人机技术的应用显著提高了这一过程的安全性和效率。为保证无人机具备极高的姿态稳定性和精确的控制能力。本文提出了基于二阶滑模控制的四旋翼无人机姿态控制算法。使用二阶滑模控制方法为小型四旋翼无人机(UAV)设计鲁棒的飞行控制器。由于四旋翼无人机UAV的欠驱动特性,飞控可以使四旋翼飞行器移动三个位置并将偏航角调整到所需值,并稳定俯仰角和横滚角。该飞行控制器旨在为四旋翼无人机提供针对模型参数不确定性的鲁棒位置和姿态跟踪控制。仿真表明,所设计的控制器能够稳定地控制四旋翼无人机。

一类二阶非线性不确定系统的非奇异Terminal滑模控制

在分析传统的Terminal滑模控制的基础上,发现系统状态虽然能在有限时间到达滑动模态,并在有限时间内收敛到平衡点,但传统的Terminal滑模控制律容易使系统出现奇异问题.为了克服Terminal滑模控制的奇异问题,针对一类二阶非线性不确定系统提出了非奇异Terminal滑模切换函数,并证明了采用非奇异Terminal滑模控制律,不仅避免了系统出现奇异问题,而且能保证系统状态在有限时间内到达滑动模态并收敛到平衡点.最后通过实例比较2种滑模控制方法,仿真结果验证了非奇异Terminal滑模控制的有效性.

基于改进的离散域二阶滑模观测器的内置式永磁同步电机无位置传感器控制

滑模观测器由于对系统不确定性具有良好的鲁棒性,逐渐应用于永磁同步电机无位置传感器控制中,但是在实际应用中滑模观测器的抖振现象会严重影响系统控制性能。该文提出一种用于内置式永磁同步电机无位置传感器控制的改进的二阶滑模观测器,采用基于Super-twisting算法的二阶滑模观测器,不同于常规的通过滑模观测器估算得到反电动势分量的方法,该方法基于内模控制原理引入二阶广义积分器,通过滑模观测器估算得到反电动势误差分量,再经过二阶广义积分器得到估算的反电动势分量,能够在保证估算准确性的同时很好地抑制系统抖振。同时,为了消除数字实现过程中的离散化误差和估算反电动势分量的耦合项,提高估算的准确性,重新构建了基于扩展反电动势的离散域数学模型,并基于该模型设计了改进的离散域Super-twisting滑模观测器。最终将估算得到的扩展反电动势分量用于估算转子位置和转速。通过实验对该文提出方法的有效性进行了验证。

基于超螺旋二阶滑膜的汽车主动悬架控制方法研究

汽车悬架的控制效果直接影响汽车的稳定性和舒适性,针对一阶滑模控制在主动悬架控制中存在的抖振和控制精度问题,基于汽车二自由度1/4主动悬架模型,提出了一种基于超螺旋二阶滑模控制的汽车主动悬架控制方法。在控制器前端串联一个负加速度反馈回路来调节悬架性能,并使用扩展的超螺旋观测器实时补偿系统的未知内部动态。为了验证控制方法的可行性,通过仿真进行对比分析。仿真结果表明,相比于一阶滑膜控制,该方法解决了悬架未知非线性动态的多目标控制问题,能更有效地改善汽车稳定性和舒适性。

Terminal滑模变结构励磁控制设计及仿真研究

基于Terminal滑模变结构控制,提出了一种新的励磁控制器设计策略。给出了其设计过程,计算了其到达时间,证明了其稳定性。该励磁控制策略以微分几何精确反馈线性化为理论基础,可以推广到多机系统的分散励磁控制中。以线性最优励磁控制器为参照,利用一典型单机无穷大系统,进行了多种扰动下的仿真校验。仿真结果验证了所提励磁控制策略的稳定性和鲁棒性,此外,还发现该控制策略能明显提高系统的电压、功角、频率稳定性。

不确定性空间机器人自适应Terminal滑模控制方法

分析了空间机器人本体质量变化和负载情况变化对系统动力学不确定性的影响,并针对空间机器人操作负载变化显著的特点,设计了一种自适应Terminal滑模控制方法。利用RBF神经网络在线学习系统的不确定性上界,系统状态始终保持在滑模面上,并能保证系统控制误差在有限时间内收敛。以两自由度空间机器人为对象,对不同负载情况的运动进行了仿真,结果表明这种滑模控制方法对系统负载变化不敏感,并能保证期望控制精度。

Terminal滑模自适应控制实现一类不确定混沌系统的同步

应用T erm ina l滑模控制技术和选择指数趋近律来综合滑模控制器,实现一类混沌系统的状态同步.在控制器中引入一类简单的自适应律,用以在线估计界参数.该设计方案消除了滑模控制的到达阶段,状态始终保持在滑模面上,并能在有限时间内趋近于原点.与一般滑模控制同步实现相比,具有更小的同步时间和鲁棒性.通过对Du ff-ing-Ho lm es系统的同步仿真,验证了该方法的可行性.

基于扩张状态观测器和Terminal滑模的HVDC非线性鲁棒控制器设计

针对高压直流输电系统(HVDC)强非线性和模型不确定性的特点,提出了一种基于扩张状态观测器(extended stateobserver,ESO)和Terminal滑模的HVDC非线性鲁棒控制策略。首先利用Terminal滑模设计出系统的虚拟控制输入,再由ESO来估计系统的内、外扰动以及不确定因素,并将其动态补偿到系统中,设计出了整流侧定电流和逆变侧定关断角非线性控制器。仿真结果表明,与常规的PI控制器相比,该控制器表现出良好的动态性能和稳态性能,提高了系统的鲁棒性。

基于terminal滑模控制的小卫星机动方法

采用terminal滑模控制方法研究了以单框架控制力矩陀螺(SGCMG)为执行机构的小卫星的姿态机动控制。首先,基于修正罗德里格斯(MRP)参数建立了小卫星数学模型,以terminal滑模控制方法进行控制力矩规划。然后,采用SGCMGs作为小卫星执行机构,以非对角奇异鲁棒操纵律跟踪terminal滑模控制产生的期望力矩;通过仿真分析归纳出terminal滑模控制设计参数的变化规律和选取原则。最后,利用小卫星三轴气浮转台实验验证termianl滑模控制方法的实用性。实验显示:根据参数选取原则设定的参数进行小卫星机动稳定实验得到的姿态角和姿态角速度控制精度和稳态误差分别小于0.1°和0.01(°)/s,满足三轴气浮转台最佳控制精度。结果表明terminal滑模控制方法在小卫星机动稳定任务中具有很高的控制精度和稳定度,能够为小卫星成像任务稳定执行提供良好的基础。

基于Terminal滑模的Hindmarsh-Rose神经元放电同步控制

基于Terminal滑模控制方法,实现了单向耦合HindmarshRose神经元之间的同步控制.仿真结果表明,该控制策略不但可完成神经元内部参数变化而导致不同放电状态的同步控制,还可完成由于外部干扰导致不同放电状态的同步控制,并证明了该控制策略的有效性.

具有外部扰动的空间刚性机械臂姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制算法设计

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,具有外部扰动的漂浮基空间刚性机械臂,载体姿态与末端爪手协调运动的控制算法设计问题.结合系统动量守恒关系及Lagrange方法,建立了漂浮基空间刚性机械臂完全能控形式的系统动力学方程及运动Jacobi关系,并将其转化为状态空间形式的系统控制方程.以此为基础,根据Terminal滑模控制技术,给出了系统相关Terminal滑模面的数学表达式,在此基础上提出了具有外部扰动情况下漂浮基空间刚性机械臂载体姿态与末端爪手协调运动的Terminal滑模控制方案.提出的控制方案不但确保了闭环系统滑模阶段的存在性,同时通过Terminal滑模函数的适当选取,还保证了输出误差在有限时间内的收敛性.此外,由于确保了无论何种情况下系统初始状态均在Terminal滑模面上,从而消除了其它滑模控制方法常有的到达阶段,使得闭环系统具有全局鲁棒性和稳定性.平面两杆空间刚性机械臂的系统数值仿真,证实了方法的有效性.